Lucrarea 2

Sarcini nelineare. Redresorul comandat

2.1. Redresorul comandat

Un redresor comandat se obtine dintr-un redresor necomandat in care diodele (sau

o parte dintre ele) se inlocuiesc cu tiristoare. O schema de redresor comandat

monofazat bialternanta este prezentata in Fig. 2.1, iar cea pentru redresorul trifazat

comandat in Fig. 2.2. Marimea de comanda pentru tensiunea redresata este unghiul

[ ]maxmin ,ααα ∈ , care reprezinta, in timp, intarzierea impulsului de comanda fata de

momentul trecerii prin zero a tensiunii de alimentare. Valoarea tensiunii medii

redresate este:

)cos1(22

)(sin21

απ

ωωπ

π

α

+=⋅= ∫U

tdtUUm m

T1 T3

T2 T4

-

+

Zs

T1 T3 T5

T2 T4 T6

-

+

Zs

Fig. 2.1. Schema de principiu pentru un redresor

monofazat comandat cu tiristoare

Fig. 2.2. Schema de principiu pentru un redresor

trifazat comandat cu tiristoare

Reglajul tensiunii redresate se poate realiza teoretic in mod continuu de la zero

pana la valoarea maxima utilizând controlul in faza al elementelor redresoare

comandabile (tiristoare). Acest mod de reglare se realizeaza aproape fara pierderi de

putere activa. In schimb pot apare limitari in aplicarea metodei, produse de cresterea

ondulaţiei tensiunii de iesire, precum si de cresterea consumului de putere reactiva

absorbita din reţea, deci de micsorarea factorului de putere odata cu marimea

unghiului de comanda. Pe partea de curent alternativ caracteristicile redresorului

comandat nu difera in general de cele ale unui redresor necomandat întrucât curenţii

in primar nu i-si modifica structura, ci se decaleaza numai cu unghiul de comanda α .

In conditii ideale tiristoarele sunt succesiv in conducţie; fiecare tiristor amorseaza

atunci când este polarizat in sens direct si când are aplicat semnalul de comanda pe

poarta, la un unghi α (are ca referinţa momentele de comutaţie naturala, la egalitatea

a doua tensiuni pozitive pe faza). Circulaţia de curent prin tiristorul aflat in conducţie

se menţine pana la momentul comenzii urmatorului tiristor, chiar daca tensiunea fazei

respective devine in acest interval negativa. Aceasta se datoreaza generarii unei

tensiuni de autoinducţie de polaritate opusa tensiunii redresate si care, însumata cu

tensiunea fazei care conduce, asigura circulaţia neîntrerupta a curentului prin sarcina.

Daca se conecteaza o dioda in paralel cu sarcina la iesirea redresorului comandat,

porţiunile negative pot fi blocate, obtinandu-se imbunatatirea unor parametri de

redresare (ondulaţiile tensiunii redresate si puterea reactiva consumata sunt mai

scazute la aceeasi valoare medie). Dioda menţine tensiunea nula din momentul

anularii tensiunii fazei aflate in conducţie pana când se comanda faza urmatoare.

Deschiderea si menţinerea in conducţie a acestei diode de nul (DN) pe porţiunea

negativa se datoreaza procesului de autoinducţie. Curentul prin sarcina se închide in

acest interval prin DN, tiristoarele fiind blocate. In cazul deconectarii instantanee a

alimentarii, DN asigura protecţia tiristoarelor la supratensiune, fapt important in

circuitele cu sarcina pronunţat inductiva.

In cazul redresoarelor comandate cu comutaţie naturala curentul de linie din

reţeaua de alimentare este defazat in raport cu tensiunea de faza corespunzatoare cu

un unghi egal cu unghiul de comanda a al tiristoarelor si in acelasi mod se deplaseaza

si fundamentala acestuia, astfel ca aceste convertoare absorb de la reţea si o putere

reactiva Q1. Tinand seama ca redresoarele, fie comandate fie necomandate,

genereaza o putere deformanta D1 in reţea, expresia puterii aparente totale are forma:

2

1

2

1

2

11 DQPS ++= ,

in care 1P reprezinta puterea activa consumata de la retea, corespunzatoare

fundamentalei curentului de linie.

Factorul de putere total al instalatiei redresor comandat – consummator este dat

de relatia

12

1

2

1

2

1

1

1

1 cosφυλ =++

==DQP

P

S

P

in care K++++

=2

4

2

3

2

2

2

1

1

IIII

Iυ reprezinta factorul de deformare a undei curentului de

linie, iar 1cosφ este factorul de putere corespunzator fundamentalei.

La cresterea unghiului de comanda α se modifica si factorul de putere, datorita

cresterii puterilor reactiva absorbita si deformanta generata in reţea. Sunt cunoscute

multe scheme de redresoare comandate. Puntea trifazata total comandata permite

obţinerea unei game largi de variaţie a tensiunii continue la iesire, fiind simpla si

oferind cea mai buna utilizare pentru tiristoare si transformatorul de racordare la

reţea, in comparaţie cu celelalte scheme de redresoare trifazate si hexafazate. Ea

prezinta insa si unele dezavantaje. Conduce la inrautatirea factorului de putere in

punctul de racordare la reţea. Factorul de putere scade la cresterea unghiului de

comanda al tiristoarelor si produce o pronunţata deformare a curbei curentului de

alimentare de la o forma sinusoidala. Armonicile de curent produse dau nastere la

cupluri parasite in masinile electrice, maresc pierderile in instalaţii, deformeaza

indicaţiile aparatelor de masura si control, introduc perturbaţii in reţelele de

telecomunicaţii, scad capacitatea de transport a liniilor electrice si pot determina

supratensiuni de rezonanta.

Fig. 2.3. Forme de unda pentru tensiunea redresata la redresoare cu comutaţie naturala si putere

reactiva absorbita din reţea

2.2. Exemplu

A. Redresorul monofazat monoalternanţă

Să se studieze efectul unui redresor monofazat comandat ce alimentează o sarcina

RC. Se va folosi o schemă asemănătoare cu cea din Fig 2.4 implementată în PSIM.

Se consideră următoarele date pentru elementele din schemă:

Rezistenţa de sarcină: Rs=45 Ω

Condensatorul de sarcină: Cs=0.01 F

Tensiunea de alimentare a sursei: U=230 V, f=50 Hz

Impedanţa din amonte de redresor: L=0.01 H, R=4.5 Ω

Unghiul de comandă: 30 grade

Se vor vizualiza:

a) Curentul şi tensiunea la nivelul sarcinii;

b) Curentul absorbit de la reţea;

c) Analiza FFT pentru curentul absorbit de la reţea în regim stabilizat;

d) Puterea activă si cea reactiva absorbite de la reţea;

e) Valoarea THD cu ajutorul blocului specializat.

Se va calcula de asemenea nivelul THD pentru curentul absorbit de la sursa cu

ajutorul formulei si considerand armonici pana la nivelul celei de a 19-a.

Fig. 2.4. Schema de implementare pentru redresorul comandat monofazat

Fig. 2.5. Curentul la nivelul sarcinii

Fig. 2.6. Tensiunea la nivelul sarcinii

Fig. 2.7. Puterea activa si respectiv reactiva absorbite de la sursa

Fig. 2.8. Curentul absorbit de la sursa

Fig. 2.9. Analiza FFT pentru curentul absorbit de la sursa in regim stabilizat

Fig. 2.10. Valoarea THD pentru curentul absorbit de la retea in regim stabilizat

B. Redresorul comandat trifazat

Să se studieze efectul unui redresor trifazat comandat ce alimentează o sarcina

RC. Se va folosi o schema asemănătoare cu cea din Fig 2.11. Se consideră

următoarele date pentru elementele din schemă:

Rezistenta de sarcina: Rs=45 Ω

Condensatorul de sarcina Cs=0.01 F

Tensiunea de alimentare a sursei: U=3x230 V, f=50 Hz

Impedanta din amonte de redresor: L=3x0.01 H

Unghiul de comanda: 30 grade

Se vor vizualiza:

a) Curentul şi tensiunea la nivelul sarcinii;

b) Curentul absorbit de la reţea;

c) Analiza FFT pentru curentul absorbit de la reţea în regim stabilizat;

d) Puterea activă si cea reactiva absorbite de la reţea;

e) Valoarea THD cu ajutorul blocului specializat.

Se va calcula de asemenea nivelul THD pentru curentul absorbit de la sursa cu

ajutorul formulei si considerand armonici pana la nivelul celei de a 19-a.

Fig. 2.11. Schema de implementare pentru redresorul comandat monofazat

Fig. 2.12. Curentul la nivelul sarcinii

Fig. 2.13. Tensiunea la nivelul sarcinii

Fig. 2.14. Puterea activa si respectiv reactiva absorbite de la sursa

Fig. 2.15. Curentul absorbit de la sursa

Fig. 2.16. Analiza FFT pentru curentul absorbit de la sursa in regim stabilizat

Fig. 2.17. Valoarea THD pentru curentul absorbit de la retea in regim stabilizat

2.3. Aplicaţii

Să se studieze aceleaşi puncte ca în exemplele numerice pentru cazul in care

unghiul de comanda este:

1. 45 grade

2. 60 grade

3. 75 grade

4. 90 grade

a) Se vor ridica graficele pentru puterea activa si puterea reactiva absorbite de la

sursa precum si pentru THD in functie de unghiul de comanda folosind valorile

avute la dispozitie, pentru cele doua cazuri;

b) Se vor trage concluzii pe baza formelor de unda si a graficelor trasate;

c) Se va face o comparatie intre valorile THD obtinute cu ajutorul formulei si cele

obtinute cu ajutorului blocului PSIM.

Mod de lucru (paşi de lucru):

a. Se modifica schemele corespunzatoare create in cadrul Lucrarii 1 luand in

considerare noile tipuri de redresoare si noile valori numerice;

b. Se rulează simularea şi se salvează graficele corespunzătoare;

c. Se calculează valoarea THD-ului pentru fiecare caz;

d. Se modifică unghiul de comanda şi se reiau pasii;

e. Se traseaza graficele;

f. Observaţii şi concluzii.